申请日2013.10.08
公开(公告)日2014.12.31
IPC分类号B01J19/18; C02F9/04; C05B17/00; B01D9/00
摘要
本发明公开了一种畜禽废水磷素结晶成肥反应器及其应用。磷素结晶成肥反应器包括圆柱形混凝结晶器、漏斗式絮凝结晶器、圆柱形静沉集泥槽、渣水分离管和磷素成肥器;圆柱形混凝结晶器的侧壁上设有进水管、加镁管和pH调节加液管;圆柱形混凝结晶器的腔体内设有pH检测计、搅拌器和悬浮式双堰滗水器，设于悬浮式双堰滗水器底部的出水口与设置于圆柱形混凝结晶器侧壁上的出水管相连接;圆柱形混凝结晶器与所述漏斗式絮凝结晶器的大开口端相连通，漏斗式絮凝结晶器的小开口端与圆柱形静沉集泥槽相连通;圆柱形静沉集泥槽与磷素成肥器通过渣水分离管相连通。本发明将磷结晶与磷成肥合二为一，简化工艺流程，节省运行成本。
权利要求书
1.一种畜禽废水磷素结晶成肥反应器，其特征在于：所述磷素结晶成肥反应器 包括圆柱形混凝结晶器、漏斗式絮凝结晶器、圆柱形静沉集泥槽、渣水分离管和磷素 成肥器;
所述圆柱形混凝结晶器的侧壁上设有进水管、加镁管和pH调节加液管;所述圆 柱形混凝结晶器的腔体内设有pH检测计、搅拌器和悬浮式双堰滗水器，所述悬浮式 双堰滗水器包括外层溢流堰和设于所述外层溢流堰腔体内的内层溢流堰，设于所述悬 浮式双堰滗水器底部的出水口与设置于所述圆柱形混凝结晶器侧壁上的出水管相连接;
所述圆柱形混凝结晶器与所述漏斗式絮凝结晶器的大开口端相连通，所述漏斗式 絮凝结晶器的小开口端与所述圆柱形静沉集泥槽相连通;所述圆柱形静沉集泥槽与所 述磷素成肥器通过所述渣水分离管相连通;
所述渣水分离管为虹吸式渣水分离管;所述虹吸式渣水分离管包括进水阀、倒U 形虹吸管和出口阀;
所述磷素成肥器为螺旋式磷素成肥器;所述螺旋式磷素成肥器包括内置螺旋挤压 叶轮的水平螺旋挤压管、出液管、磷肥排出臂;所述螺旋式磷素成肥器的磷肥排出臂 的水平倾角为30°～60°。
2.根据权利要求1所述的磷素结晶成肥反应器，其特征在于：所述圆柱形混凝 结晶器的高径比为4～6：1;
所述漏斗式絮凝结晶器的高度为所述圆柱形混凝结晶器高度的1/5～1/4;
所述漏斗式絮凝结晶器与所述圆柱形混凝结晶器之间呈100°～120°的夹角;
所述悬浮式双堰滗水器的直径与所述圆柱形混凝结晶器的直径的比为1：3～4;
所述悬浮式双堰滗水器的高径比为0.5～1：1;
所述圆柱形静沉集泥槽的直径与所述圆柱形混凝结晶器的直径的比为1：3～4;
所述圆柱形静沉集泥槽的高径比为1～3：1。
3.一种畜禽废水中磷素的成肥方法，包括如下步骤：
(1)将畜禽废水和镁盐溶液加入至权利要求1或2所述畜禽废水磷素结晶成肥 反应器中的圆柱形混凝结晶器中得到混合液，加入pH调控液调控所述混合液的pH值 为8.0～10.0;
(2)在所述搅拌器的搅拌作用下，所述混合液进行混凝结晶反应，得到废水和 结晶污泥;所述废水通过所述悬浮式双堰滗水器排出所述圆柱形混凝结晶器，所述结 晶污泥从所述圆柱形混凝结晶器和所述漏斗式絮凝结晶器中沉降至所述圆柱形静沉集 泥槽中;
(3)所述结晶污泥通过所述渣水分离管排入至所述磷素成肥器中，在所述磷素 成肥器中即得到成肥后的磷肥。
4.根据权利要求3所述的成肥方法，其特征在于：步骤(1)中，所述畜禽废水 中磷酸盐的含量为200～500mg/L;
所述镁盐溶液中镁离子与所述磷酸盐中磷酸根的摩尔比为1～2：1;
所述pH调控液为盐酸溶液或氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求3或4所述的成肥方法，其特征在于：步骤(1)中，所述镁盐 溶液用氯化镁或硫酸镁配制。
6.根据权利要求5所述的成肥方法，其特征在于：步骤(2)中，所述搅拌器的 搅拌转速为50～200r/min;
所述混凝结晶反应的时间为1～3h，温度为10～30℃。
7.根据权利要求6所述的成肥方法，其特征在于：步骤(3)中，所述渣水分离 管的抽吸量为5～100L/min;
所述渣水分离管采用间歇式抽吸方式;
所述磷素成肥器中的挤压叶轮转速为5～20r/min;
所述磷素成肥器采用间歇式旋转脱水方式。
8.权利要求1或2所述畜禽废水磷素结晶成肥反应器在回收畜禽废水中磷素中 的应用。
说明书
一种畜禽废水磷素结晶成肥反应器及其应用
技术领域
本发明涉及一种畜禽废水磷素结晶成肥反应器及其应用，属于农业资源环境技术 领域。
背景技术
我国规模化畜禽养殖业的迅猛发展，随之而来的畜禽环境问题日益凸显，特别是 畜禽废水磷素的过量排放，已成为我国水体富营养化的重要影响因素之一。与此同时， 作为农业生产必需的营养元素，磷在全球范围内存在严重的资源匮乏。近年，开发新 型资源环境技术，将磷污染治理与磷资源回收合二为一，成为研究与应用的前沿内容。
回收废水磷素的方法主要有结晶法、吸附法、离子交换法、生物法等。吸附法存 在吸附容量小、性质不稳定等缺点;离子交换法存在再生废液量大、再生周期长等缺 点;生物摄磷法在微生物群落结构探测、菌种纯培养和驯化操控方面存在困难。
结晶法回收磷具有快速、高效、工艺简便的特点，其原理是结晶剂镁盐或钙盐与 畜禽废水中的磷素结晶沉淀而回收，产物鸟粪石或羟基磷灰石是优质的肥料资源，该 技术被国内外学者公认是可持续发展新技术。但是，在实际推广过程中，磷回收结晶 器的构造设计与操作运行对运行工艺成本、磷回收效能、结晶磷渣水相分离、磷素成 肥率等因素具有显著影响，成为该法推广应用的焦点问题。
目前，国内外大量磷回收多以序批式流化床形式反应，存在工艺复杂，回收率低、 磷渣水相分离困难、回收磷成肥率低等缺点。针对以上问题，专利CN101602535B公 开了一种磷回收结晶反应器及磷回收方法，通过曝气吹脱的方式提高pH值，把磷通 过磷酸铵镁结晶的形式去除回收，工艺流程简单。但是，该反应器及使用方法的磷回 收率仅有50～60%，磷回收效能有限。为了进一步提高磷回收率，专利CN101935093B 公开了一种连续流反应器，设计了漏斗式静沉保护挡板、贴壁式斜板沉淀器等模块单 元，有效避免紊流干扰，磷回收率达到95%，但是磷结晶产物的含水率较大，磷渣水 相分离困难，影响磷素回收成肥效率，增加运行成本。因此，开发设计一种针对畜禽 废水处理的磷素结晶成肥一体化反应器，成为研究与应用的重点，目前未见文献报道 和专利公开。
发明内容
本发明的目的是提供一种畜禽废水磷素结晶成肥反应器及其应用，本发明畜禽废 水磷素结晶成肥反应器能有效克服现有磷回收反应器工艺复杂、磷回收率低、磷渣水 相难以分离、磷素成肥率低等问题。
本发明所提供的一种畜禽废水磷素结晶成肥反应器，包括圆柱形混凝结晶器、漏 斗式絮凝结晶器、圆柱形静沉集泥槽、渣水分离管和磷素成肥器;
所述圆柱形混凝结晶器的侧壁上设有进水管、加镁管和pH调节加液管;所述圆 柱形混凝结晶器的腔体内设有pH检测计、搅拌器和悬浮式双堰滗水器，所述悬浮式 双堰滗水器包括外层溢流堰和设于所述外层溢流堰腔体内的内层溢流堰，设于所述悬 浮式双堰滗水器底部的出水口与设置于所述圆柱形混凝结晶器侧壁上的出水管相连 接;
所述圆柱形混凝结晶器与所述漏斗式絮凝结晶器的大开口端相连通，所述漏斗式 絮凝结晶器的小开口端与所述圆柱形静沉集泥槽相连通;所述圆柱形静沉集泥槽与所 述磷素成肥器通过所述渣水分离管相连通。
上述的畜禽废水磷素结晶成肥反应器中，所述圆柱形混凝结晶器的高径比可为 4～6：1;
所述漏斗式絮凝结晶器的高度可为所述圆柱形混凝结晶器高度的1/5～1/4;
所述漏斗式絮凝结晶器与所述圆柱形混凝结晶器之间呈100°～120°的夹角;
所述悬浮式双堰滗水器的直径与所述圆柱形混凝结晶器的直径的比可为1：3～4;
所述悬浮式双堰滗水器的高径比可为0.5～1：1;
所述圆柱形静沉集泥槽的直径与所述圆柱形混凝结晶器的直径的比可为1：3～4;
所述圆柱形静沉集泥槽的高径比可为1～3：1;
本发明采用的圆柱形混凝结晶器，其整体混凝效能优于现有的正方形、长方形等 其他形状的结晶反应器，其可以防止内部紊流、短流等对反应过程的干扰，有利于混 凝充分反应，增加磷回收效能。
上述的畜禽废水磷素结晶成肥反应器中，所述渣水分离管可为虹吸式渣水分离 管，所述虹吸式渣水分离管包括进水阀、倒U形虹吸管和出口阀，利用虹吸原理排出 磷渣，实现磷渣与水相的高效分离，其效果优于现有的下排式磷渣收集装置，有效地 降低了磷渣的含水率，为后续磷素成肥提供了有利条件。
上述的畜禽废水磷素结晶成肥反应器中，所述磷素成肥器可为螺旋式磷素成肥 器，所述螺旋式磷素成肥器包括内置螺旋挤压叶轮的水平螺旋挤压管、出液管、磷肥 排出臂等，利用螺旋挤压原理，可以进一步高效浓缩磷素晶渣，脱除水分，实现高效 磷素成肥、资源回收利用，其效果优于现有的晾晒、烘干等常规技术，且运行周期短， 费用低，工艺简便;
所述螺旋式磷素成肥器中的磷肥排出臂的水平倾角30°～60°。
本发明还提供了上述畜禽废水磷素结晶成肥反应器在回收畜禽废水中磷素中的 应用。
本发明进一步提供了一种畜禽废水中磷素的成肥方法，包括如下步骤：
(1)将畜禽废水和镁盐溶液加入至上述畜禽废水磷素结晶成肥反应器中的圆柱 形混凝结晶器中得到混合液，加入pH调控液调控所述混合液的pH值为8.0～10.0;
(2)在所述搅拌器的搅拌作用下，所述混合液进行混凝结晶反应，得到废水和 结晶污泥;所述废水通过所述悬浮式双堰滗水器排出所述圆柱形混凝结晶器，所述结 晶污泥从所述圆柱形混凝结晶器和所述漏斗式絮凝结晶器中沉降至所述圆柱形静沉集 泥槽中;
(3)所述结晶污泥通过所述渣水分离管排入至所述磷素成肥器中，在所述磷素 成肥器中即得到成肥后的磷肥。
上述的成肥方法中，步骤(1)中，所述畜禽废水中磷酸盐的含量可为200～500mg/L， 具体可为200～300mg/、200～400mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L或500mg/L;
所述镁盐溶液中镁离子与所述磷酸盐中磷酸根的摩尔比可为1～2：1，具体可为 1～1.8：1、1～1.5：1、1～1.2：1、1：1、1.2：1、1.5：1、1.8：1或2：1;
所述pH调控液可为盐酸溶液或氢氧化钠溶液。
上述的成肥方法中，步骤(1)中，所述镁盐溶液可用氯化镁或硫酸镁进行配制， 如采用含有氯化镁或硫酸镁的卤盐。
上述的成肥方法中，步骤(2)中，所述搅拌器的搅拌转速可为50～200r/min;
所述混凝结晶反应的时间可为1～3h，温度可为10～30℃。
上述的成肥方法中，步骤(3)中，所述渣水分离管的抽吸量可为5～100L/min;
所述渣水分离管采用间歇式抽吸方式，如包括抽吸0.5～1h和停机1.5～2h的运行 步骤;
所述磷素成肥器中的挤压叶轮转速可为5～20r/min;
所述磷素成肥器采用间歇式旋转脱水方式，如包括旋转脱水0.5～1h和空载1.5～2h 的运行步骤。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供一种回收畜禽废水磷素并直接结晶成肥的反应装置和操作方法， 将磷结晶与磷成肥合二为一，简化工艺流程，节省运行成本。
(2)本发明中处理后废水采用悬浮式双堰滗水器排出，增强出水效果，提高磷 素结晶回收率，磷素回收率大于95%。
(3)本发明中结晶污泥采用虹吸式渣水分离管，有效提高磷渣水相分离效果， 经过虹吸抽吸后的磷渣含水率小于30%。
(4)本发明中采用螺旋式磷素成肥器，有效脱除磷渣剩余水分，磷素成肥率大 于95%，有利于后续磷素肥料的回收利用。